Ученые обнаружили «социальное» поведение магнитных наночастиц

на фото: Алексей Иванов, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории математического моделирования физико-химических процессов в многофазных средах УрФУ

Уральские ученые совершили перспективное открытие в поведении магнитных наночастиц, которое играет важную роль для различных сфер их применения — от создания «умных» материалов до технологий адресной доставки лекарств и лечения онкологических заболеваний.

В ходе исследования соавторы, профессор Уральского федерального университета Алексей Иванов и профессор Эдинбургского университета Филип Кэмп, сначала в математических расчетах, а затем в компьютерном моделировании упорядочили магнитные наночастицы разного размера воздействием внешнего магнитного поля, а затем отключили его.

«Обнаружился неожиданный эффект. Известно, что чем меньше магнитные частицы, тем быстрее происходит их разупорядочение (релаксация), в отличие от крупных. Однако наши теоретические расчеты и последующее компьютерное моделирование показали, что в присутствии крупных частиц релаксация мелких проходит неравномерно. В состоянии низкой остаточной намагниченности мелких частиц они внезапно начинают подчиняться коллективному поведению крупных частиц. Это похоже на поведение непослушных детей. Чем меньше ребенок, тем быстрее он «разбалтывается» в отсутствие взрослых. Но под влиянием взрослых, с оглядкой на них маленькие непоседы ведут себя гораздо скромнее», — объясняет Алексей Иванов.

Открытие Алексея Иванова и Филипа Кэмпа имеет большое практическое значение для разработки так называемых «умных» материалов — способных контролируемым образом менять свойства под воздействием постоянного или переменного магнитного поля. Такие материалы используются, например, для повышения контрастности рентгеновских и томографических снимков внутренних органов, в технологиях адресной доставки лекарств к определенным участкам организма, при изготовлении жидкокристаллических экранов, фотоприемников, теплопроводников, герметиков, гидравлических амортизаторов.

Обнаружился и еще один эффект: при низких температурах длинные цепочки наночастиц образуют «кольцо» и перестают реагировать на слабое внешнее магнитное поле.

«Это важно учитывать в магнитной гипертермии, когда с помощью магнитных частиц обеспечивается локальный нагрев участков органа, пораженных раковыми клетками. Чем крупнее частицы, тем больше нагрев, в то же время для большего лечебного эффекта частицы необходимо распределять так, чтобы они не слипались и не образовывали крупных комков. Другими словами, необходимо искать золотую середину», — подчеркивает профессор.

Результаты исследования опубликованы в научном издании Journal of Molecular Liquids. Дальнейшие научные изыскания соавторов статьи будут нацелены на выявление причин обнаруженных явлений. Работы проводятся в рамках стратегического проекта вуза «Дизайн и технологии функциональных материалов и систем», поддержанного программой Минобрнауки России «Приоритет 2030».

Читать также